Процесс выпуска цемента

1. Общая часть

1.1 Требования ГОСТ на проектируемый цемент, применение

1.2 Характеристика и назначение компонентов цементной шихты

1.3 Технологическая схема процесса помола цемента на сепараторных мельницах

1.4 Выбор и обоснование технологического оборудования

1.5 Особенности помола цемента в замкнутом цикле

1.6 Технологический контроль в цехе

2. Расчётная часть Список литературы

Современное состояние и перспективы развития отрасли.

Несмотря на разработку и появление на мировом рынке новых строительных материалов, ежегодный прирост производства цемента в мире составляет около 3%. В 2004 г. мировое производство достигло около 2,2 млрд. т. Предполагается, что 2020 г. производство цемента достигнет 3 млрд. тонн, в том числе 2,5 млрд. т будет произведено в странах Азии, Латинской Америки, Ближнего Востока и Восточной Европы. Крупнейшие международные компании контролируют около 45% мирового цементного рынка, в том числе не менее 70% Западноевропейского рынка и 85% рынков Северной Америки. На фоне мировых тенденций российская цементная промышленность развивалась относительно устойчивыми темпами, что позволило преодолеть катастрофический спад середины 90-х годов и по итогам 2006 года выйти на уровень производства 47,4 млн. тонн.

Россия уверенно занимает 6-ое место в мире по производству цемента (уступая Китаю, Индии, США, Японии Южной Корее) и 5-ое место по производственным мощностям (69,2 млн. тонн).Цементная промышленность России сегодня — это 45 действующих цементных предприятий с проектной мощностью 69,2 млн. тонн в год — демонстрирует устойчивый рост производства (не менее 7% в год) в течение последних 7 лет. Тем не менее, Россия продолжает серьезно отставать по среднедушевому потреблению цемента 313 кг на человека в год (на фоне 440 в Китае, 425 — в США, 687 — в Италии 1050 — в Испании). (М.А. Скороход, президент ОАО «ЕВРОЦЕМЕНТ групп», «Перспективы развития цементной промышленности РФ до 2010 год», Ж. «Цемент и его применение, № 2, 2006 г.) Рост инвестиций и оживление жилищного и промышленного строительства практически во всех районах страны обусловили увеличение спроса на цемент.

Через два года дефицит цемента может стать хроническим, если отрасль не найдет средств на техническую модернизацию, для которой, по данным Федерального агентства по строительству и ЖКХ, потребуется 5 млрд. долларов США в течение 5 лет. Эта цифра может показаться несколько завышенной, поскольку основной дефицит приходится на Европейскую часть России. Здесь довольно высокая плотность населения и можно строить линии большой производительности, а также получить прирост за счет реконструкции действующих мощностей. В этих условиях инвестиции в расчете на 1 тонну годовой мощности вряд ли существенно превысят 200 долларов США.

Однако необходимо учитывать высокую степень износа основных фондов на действующих предприятиях, которые потребуют замены для поддержания производства в ближайшие годы. Последний рост цен на цемент, которые не повышались с 2003 г., объясняется объективными причинами. За это время подорожали электроэнергия (на 27%), железнодорожные тарифы (на 22%), стоимость горюче-смазочных материалов возросла на 75%, металла — 80−100%. По данным Росстата, за восемь последних лет цены на цемент возросли для потребителей в 2,6 раза, а на жилье — в 5 раз. Если исходить из того, что в цене продажи готового квадратного метра жилья стоимость цемента составляет 1,5−3,0%, то с 1997 г. стоимость квадратного метра жилья должна была бы, возрасти в связи с ростом цены на цемент всего на 5−15%. После перестройки некоторые заводы смогли удержаться на плаву благодаря иностранным инвесторам, некоторые, за счет своего территориального расположения вблизи крупных промышленных центров, некоторые благодаря полному отсутствию конкурентов в своем и близлежащих регионах. По данным Госстроя России, к концу 1997 года более 54% предприятий промышленности строительных материалов, изделий и конструкций оказались убыточными. В настоящее время эта ситуация исправляется за счет роста цен, оптимизации материальных и денежных потоков, приход в управление цементными заводами современного менеджмента.

1. Общая часть

1.1 Требования ГОСТ на проектируемый цемент, применение

1) Цемент должен изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическим регламентам, утвержденным в порядке, установленном министерством-изготовителем.

2) По вещественному составу цемент подразделяют на следующие виды:

портландцемент (без минеральных добавок);

портландцемент с добавками (с активными минеральными добавками не более 20%);

шлакопортландцемент (с добавками гранулированного шлака более 20%).

3) По прочности при сжатии в 28-суточном возрасте цемент подразделяют на марки:

портландцемент — 400, 500, 550 и 600;

шлакопортландцемент — 300, 400 и 500;

портландцемент быстротвердеющий — 400 и 500;

шлакопортландцемент быстротвердеющий — 400.

Примечание. Допускается с разрешения Минстройматериалов СССР выпускать портландцемент с минеральными добавками марки 300.

4) Условное обозначение цемента должно состоять из:

наименования типа цемента — портландцемент, шлакопортландцемент. Допускается применять сокращенное обозначение наименования — соответственно ПЦ и ШПЦ;

марки цемента — по п. 1.3;

обозначения максимального содержания добавок в портландцементе по п. 1.6: Д0, Д5, Д20;

обозначения быстротвердеющего цемента — Б;

обозначения пластификации и гидрофобизации цемента — ПЛ, ГФ;

обозначения цемента, полученного на основе клинкера нормированного состава, — Н;

обозначения настоящего стандарта.

Пример условного обозначения портландцемента марки 400, с добавками до 20%, быстротвердеющего, пластифицированного:

Портландцемент 400-Д20-Б — ПЛ ГОСТ 10 178–85.

Допускается обозначение (за исключением случаев поставки цемента на экспорт):

ПЦ 400-Д20-Б — ПЛ ГОСТ 10 178–85.

производстве цементов применяют:

клинкер, по химическому составу соответствующий технологическому регламенту. Массовая доля оксида магния (MgО) в клинкере не должна быть более 5%.

Для отдельных предприятий по перечню, установленному Минстройматериалов СССР, в связи с особенностью химического состава используемого сырья допускается содержание MgО в клинкере свыше 5%, но не более 6% при условии обеспечения равномерности изменения объема цемента при испытаниях в автоклаве; гипсовый камень по ГОСТ 4013–82. Допускается применение фосфогипса, борогипса, фторогипса по соответствующей нормативно-технической документации;гранулированные доменные или электротермофосфорные шлаки по ГОСТ 3476–74 и другие активные минеральные добавки по соответствующей нормативно-технической документации; добавки, регулирующие основные свойства цемента, и технологические добавки по соответствующей нормативно-технической документации.

Допускается замена части минеральных добавок во всех типах цемента добавками, ускоряющими твердение или повышающими прочность цемента и не ухудшающими его строительно-технические свойства (кренты, сульфоалюминатные и сульфоферритные продукты, обожженные алуниты и каолины). Суммарная массовая доля этих добавок не должна быть более 5% массы цемента. Данный цемент соответствует ГОСТ 10 178–85. Товарный бетон марки М 600 (В 45) в виду своей высочайшей прочности, находит применение в изготовлении железобетонных мостовых конструкций, гидротехнических сооружений, железобетонных сооружений специального назначения и иных конструкций со спец. требованиями по прочности, устойчивости к агрессивным средам и иным воздействиям, разрушающим обычные виды бетона.

1.2 Характеристика и назначение компонентов цементной шихты

Сырьевая смесь (шлам) состоит из мела, глины и колчеданных огарков.

Мел — скрыто кристаллическое (белит-аморфное) слабо-цементированная разновидность известняков белого цвета состоит почти целиком из микрозернистого порошкообразного кальцита CaCO₃ и мельчайших известняковых органических остатков.

Глина — осадочная порода, обладающая способностью образовывать с водой пластичное тесто, сохраняющее после высыхания преданную ему форму. Глина содержит не менее 0.01мм примеси (частиц), и не менее 25−35% этих примесей меньше 0.001мм.

В качестве добавки в сырьевую смесь вводят колчеданные огарки корректирующая добавка.

При обжиге сырьевой смеси надлежащего хим. состава во вращающихся печах получают клинкер.

Клинкер -это гороховидный, плотный. Твёрдый, спёкшийся полуфабрикат имеющий округлую форму диаметром 6−20мм.

В качестве топлива используют саратовский газ. Этот газ организует высокие топливные качества: отсутствие балласта, лёгкая воспламеняемость, высокая теплота сгорания его добывают из недр земли. Состав газа характеризуется высоким содержанием метана CH₄, около 89%.Благодаря этому газ имеет высокую объёмную теплоту сгорания 31−36мДж/м³ и при сжигании в печах даёт небольшой тепловой эффект.

Хим. состав саратовского газа:

1.3 Технологическая схема процесса помола цемента на сепараторных мельницах

1.4 Выбор и обоснование тех. оборудования

Из горизонтального бассейна шлам насосом подаётся в бак постоянного уровня (для обеспечения постоянной скорости истечения. Излишки шлама по сливной трубе возвращается снова в горизонтальный бассейн. Из этого бака шлам поступает в шламовый питатель типа АРПШ-150 производительностью до 200 м³/час который осуществляет дозирование шлама подавая в печь строго определённое количество шлама. Для замера расход шлама служит контрольный бачок ёмкостью 0,5 м³ скорость накаления которого 13сек. Затем шлам по шламовой трубе подаётся во вращающуюся печь (выходной конец трубы находится на расстоянии 1 м от обреза печи, для предотвращения перелива шлама в пыльную камеру). В печи при температуре 1450? С происходят хим. процессы связанные с образованием клинкерных минералов. Из печи клинкер выходит с температурой 1200? С и поступает на охлаждение в колосниковый холодильник «Волга КС-75». В нём клинкер охлаждается до 100−150?С за счёт подачи холодного воздуха. Для удаления просыпи мелкого клинкера под колосниковой решёткой холодильника предусмотрен стрелковый транспортёр, затем с помощью ковшевого транспортёра типа В-450 производительностью 100 т/час клинкер подаётся в клинкерные силоса диаметром 12 м, высотой 20 м. Обеспыливание отходящих дымовых газов осуществляется в 2 стадии:

1) пылеосадительная.

2) циклон с фильтрами.

С помощью дымососа очищенные дымовые газы выбрасываются дымососом в атмосферу.

1.5 Особенности помола цемента в замкнутом цикле

Применение замкнутого цикла для нанесения пленочного покрытия в токе инертного газа дает возможность улучшить качество готовой продукции и сократить время операции. Установка включает узел нанесения покрытия 1, который, являясь одновременно сушильной камерой, обогревается прошедшим калорифер 2 инертным газом. Часть его из сборника конденсата 4 подается насосом 5 в блок охлаждения для насыщения парогазовой смеси и охлаждения ее до температуры конденсации.

Остальной конденсат отводится из системы после окончания процесса покрытия таблеток пленкой для повторного использования в технологическом процессе.

Охлажденный инертный газ, содержащий пары несконденсированного растворителя, подается вентилятором в калорифер 2, где парогазовая смесь нагревается и направляется на сушку таблеточной массы. Пленкообразующий раствор подается через форсунку в узел 1 для нанесения покрытия. Охлаждение увлажненного газа до насыщения (линия СД), при котором 91, осуществляется в конденсаторе. Дальнейшее охлаждение газа приводит к конденсации растворителя из парогазовой смеси (линия ДА), при этом влагосодержание уменьшается от Х2 до Хи, а относительная влажность не меняется.

Конденсация парогазовой смеси осуществляется в барботажном многоступенчатом теплообменнике конструкции ГНЦЛС. УЗЦ эксплуатируются на Татхим-фарм препаратах (г. Казань) и Уманском витаминном комбинате.

Применение замкнутого цикла помола существенно повышает производительность мельницы, на 10 — 20% и более — (Причина этого подробно рассмотрена в гл.

Заключается она в систематическом отделении от общей массы размалываемого в мельнице материала мельчайших зерен, которые налипают на мелющие тела и снижают размалывающую способность последних. Для сепарации цемента применяют в основном центробежные сепараторы. Трубная мельница работает в замкнутом цикле с двумя сепараторами. Производительность сепаратора зависит от тонкости помола, выделяемого при сепарации цемента. Так, увеличение удельной поверхности с 2500 см² /г до 3500 см2/г уменьшает производительность сепаратора в 1 5 раза, а до 5000 см2/г — в 2 раза. Обезвреживание отработанной воды облегчается при применении замкнутого цикла охлаждающей воды в холодильнике смешения. При такой схеме работы выходящая из него вода не сбрасывается в канализацию, а поступает на охлаждение в один или два последовательно включенных теплообменника и затем возвращается вновь в холодильник смешения для охлаждения хлора.

Основные пути повышения производительности мельниц всех типов: применение замкнутого цикла измельчения с подбором оптимальной кратности циркуляции материала; снижение крупности исходного материала; уменьшение слипаемости пыли и введение поверхностно-активных веществ и специальных добавок; устранение переизмельчения материала подбором типа классифицирующего устройства и оптимального режима его работы.

Столь существенное преимущество перспективной паротурбинной станции перед газотурбинной с замкнутым циклом делает применение замкнутых циклов в ГТУ бесперспективным.

Отличительной особенностью схем пневмотранспорта высушенного продукта в отечественных производствах эмульсионного ПВХ, является применение замкнутых циклов по несущему воздуху. В одних случаях воздух возвращается непосредственно в линию пневмотранспорта, а в других — замыкается через рукавные фильтры основного тракта пылеулавливания.

Для работы мельницы в наиболее выгодном режиме, при тонком и сверхтонком измельчении, помимо применения замкнутого цикла большое влияние оказывает среда, в которой проводится измельчение, и введение в измельчаемый материал поверхностно-активных веществ (ПАВ) и специальных добавок.

1.6 Технологический контроль в цехе

Сосуды (сборочные единицы и детали), материалы и комплектующие изделия должны быть приняты ОТК предприятия-изготовителя и проверены на соответствие требованиям НД. Каждое изделие на предприятии-изготовителе следует подвергать приемосдаточному испытанию, которое включает в себя проверку: — габаритных и присоединительных размеров — прочности и герметичности — соответствия примененных материалов предусмотренным материалам в спецификации рабочей документации — качества сварных соединений — консервации — упаковки Испытания сосудов следует проводить на испытательном оборудовании, аттестованном в установленном порядке, укомплектованном средствами защиты и приборами, имеющими эксплуатационную документацию и паспорт

Методы контроля. Общие требования.

Геометрические размеры и форму поверхностей следует измерять с помощью средств, обеспечивающих погрешность не более 30% установленного допуска на изготовление Габаритные размеры сосудов следует определить путем суммирования размеров, входящих в них сборочных единиц и деталей Контроль качества поверхностей на отсутствие плен, закатов, расслоений, грубых рисок, трещин, снижающих качество и ухудшающих товарный вид, следует проводить путем визуального осмотра. Браковочный признак устанавливают на основании требований соответствующего стандарта и проектной документации. Обязательная проверка наличия, содержания, мест расположения клейм на сварных швах и маркировки на готовом сосуде должна осуществляться визуальным осмотром. цемент шихта качество помол Контроль качества сварных соединений следует проводить следующими методами: — визуальным осмотром и измерительным контролем — механическими испытаниями — испытанием на стойкость против межкристаллитной коррозии — металлографическими исследованиями — стилоскопированием — ультразвуковой дефектоскопией — радиографией — цветной или магнитопорошковой дефектоскопией — другими методами (акустической эмиссией, люминесцентным контролем), если необходимо. Окончательный контроль качества сварных соединений сосудов, подвергаемых термической обработке, следует проводить после термической обработки. Контроль комплектности, консервации, окраски, упаковки необходимо проводить путем сопоставления объема и качества выполненных работ с требованиями настоящего стандарта и технических условий Предприятие-изготовитель негабаритных сосудов, транспортируемых частями, должно провести контрольную сборку. Допускается вместо сборки проводить контрольную проверку размеров стыкуемых частей при условии, что предприятие-изготовитель гарантирует собираемость сосудов. В процессе изготовления сборочных единиц и деталей необходимо проверять на соответствие требованиям стандартов (технических условий) и проекта: — состояние и качество свариваемых сборочных единиц и деталей и сварочных материалов — качество подготовки кромок и сборки под сварку — соблюдение технологического процесса сварки и термической обработки.

2. Расчётная часть

Исходные данные.

Вид проектируемого цемента ШПЦ — 400

Влажность клинкера — 0.5% гипса — 11% опоки — 8%

Гипсовый камень III сорта

S₀⁰⁰⁸? 7−10% опоки — 10% SO₃ — 4.0% р = 1.5%

Дозировка шлака — 45%

Расчёт сырьевой шихты.

Лабораторно исследуем химический состав сырья и определяем оксиды SiO₂; Al₂O₃; Fe₂O₃; CaO, исходя из этого определения начинаем считать дозировку т. е соотношение мела к глине CaCO₃.

В большинстве своём соотношение мела и глины 1:3.

Т=1.785 CaCO₃ + 2.09 MgO

1.785 — соотношение молекулярной массы CaCO₃ к молекулярной массе CaO.

2.09 — соотношение молекулярной массы MgCO₃ к молекулярной массе MgO.

После корректировки сырьевой смеси (шихты) рассчитываем коэффициент насыщения и модули:

КН = CaO — (1.65 Al₂O₃ +0.35 Fe₂O₃) / 2.8 SiO₂

Обжигаем сырьевую смесь, но прежде чем обжечь её определяем титр, коэффициент насыщения, модуля. После обжига сырьевой смеси у клинкера определяем CaOсв., КН и модуль.

КН_кл.=(CaO-CaO_св.)-(1.65 Al₂O₃+0.35 Fe₂O₃+0.7 SO₃)/2.8 SiO₂-SiO₂св.

Расчёт минералогического состава

C₃S = 3.8 SiO₂ (3*КН-2)

C₂S = 8.6 SiO₂ (1-КН)

C₃A = 2.65 (Al₂O₃-0.64 Fe₂O₃)

C₄AF = 3.04* Fe₂O₃

Ангидрид -1.7*SO₃

Если величина глинозёмного модуля менее 0.64, а следовательно молекулярное соотношение Al₂O₃ к Fe₂O₃ меньше 1, то в этом клинкере отсутствует C₃A, то % содержание C₄AF рассчитывается по формуле:

C₄AF = 4.77*Al₂O₃

Производственные нормы расхода сырья и выхода клинкера.

Производственная норма расхода каждого из компонентов сырьевой шихты по сухому веществу портландцементного клинкера определяют:

А_н — норма расхода.

А_н = А_ц*100/100-Р

А_ц — теоретически удельный расход на 1тонну клинкера (кг).

Р — производственные потери сырья.

Производственные нормы расхода сырья в состоянии естественной влажности и рассчитывают:

В_н = В_в*100/100-Р

В_н — нормы расхода сырья естественной влажности на 1 т.клинкера.

В_в — теоретический удельный расход сырья естественной влажности на 1 т. клинкера.

Производственная норма выхода клинкера из 1 т. сырьевой шихты по сухому веществу рассчитывается:

К_н=1000/А_н

Расход воды.

Исходными данными для определения расхода воды являются:

1)первоначальная влажность сырья.

2) удельный расход воды на 1 т. сухой сырьевой шихты.

3) удельный расход воды на 1 т.клинкера.

Удельный расход воды на 1 т. сырьевой шихты:

W_шлама = w_шлама /100-w_шлама -W_c/100-W_c

w — расход воды на 1 т. сырьевой шихты.

Определение часовой производительности цеха помола.

В основу расчёта производительности помола берут в основном проектную часть, паспортные данные.

Потребная часовая производительность цеха помола определяется по формуле:

зG_ц = Н*G_в *100/А

зG_ц — потребная часовая производительность цеха помола

где: з — число мельниц.

G_в — проектная часовая производительность

А — содержание клинкера в общей шихте помола.

Выбор технологической схемы помола цемента.

Выбор рациональной технологической схемы помола и её техникоэкономических обоснований является весьма ответственной задачей. Рациональная технологическая схема должна базироваться на данных опыта действующих установок или на экспериментальных.

Решающими факторами при выборе схем являются:

1) способ производства.

2) обьём производства.

3) требование качества готового продукта.

Выбор количества и расходов мельниц зависит от обьёма производства характеризуемого потребной часовой производительности и от часовой производительности принятой типа мельниц. Наиболее рентабельным является применение больших мельниц. При применении сырья с повышенной сопротивляемости помолу возможна установка мельниц количества которых превышает количество вращающих печей. Размер мельниц колеблется на разных заводах. Диаметр от 3 м до 5 м, длинной такие мельницы от 8 до 15- 17 м. Соотношение длинны к диаметру от 2 до 4, мельницы такого типа работают в замкнутом цикле (сепаратор, элеватор), если открытый тип то…

Мероприятия по интенсификации процесса обжига.

В проектах должны получить отражение современные методы интенсификации процесса помола. Сюда относятся все мероприятия повышению часовой производительностью мельниц:

1) установка мельниц, работающие по принципу многократного прохождения через них материала, т. е с сепараторами или при мокром способе производства с классификаторами.

2) индивидуальный раздельный помол отдельных компонентов (при резко отличной их размолоспособности) с соответствующим перемешиванием дальнейшей продукции помола.

3) установка в последней камере многокамерных мельниц при сухом помоле материалов уравнивающего секционного устройства, позволяющего получить более тонкий продукт помола. 4) применение интенсификаторов сухого помола.

5) применение горячей воды для пластичных материалов при мокром помоле сырья.

6) водяное охлаждение корпуса мельницы при сухом помоле, помимо водяного охлаждения подшипников.

Резервы производительности цеха помола.

Для обеспечения бесперебойной работы обжигательных печей необходимо предусматривать резерв мощности цеха помола сырьяв пределах 15−20% готовой конструктивной мощности цеха обжига. Учитывая возможные перебои в работе отгрузки цемента, а так же возможное введение добавок или увеличение процента вводимых добавок при помоле, необходимо предусматривать резерв мощности цеха помола цемента в пределах 15−20% от готовой конструктивной мощности обжигательных печей.

В случае применения добавок при помоле цемента их учитывают в расчётах цеха помола независимо то указанного резерва, соответствии с процентом вводимых добавок.

Режим работы цеха помола.

В цехах помола сырья и цемента работа проводится при непрерывной рабочей недели в 3 смены по 7 часов в месяц. Режим работы оборудования цеха, помола устанавливается в зависимости от потребной производительности и проектируемой мощности цеха. При простоях оборудования рабочие цеха используют либо на ремонте оборудования цеха, либо на работе в других цехах. При работе карьера и дробильного отделения в 1−2 смены и отсутствии механизированного склада сырья в 2 смены, что должно быть учтено в проекте при выборе количества и размеров мельниц, а так же при расчёте потребной ёмкости шламовых бассейнов или смешивающих силосов.

Расчёт часовой производительности мельниц в условной продукции

Часовую производительность мельницы в условной продукции можно определить по формуле в которой коэффициенты К_м и q_у принимают равными единице.

G₁₀^э = G₁₀^э /1000* 6.7*V*vД*vG_ш /V*з_разм. т/час где G₁₀^э -производительность условной продукции, а остальные обозначения известны из формулы.

Если проектная или потребная часовая производительность в натуральной продукции известна, то часовую производительность мельницы в условной продукции можно определить по формуле:

G₁₀^э =G_у / К_м*q_у т/час.

где G₁₀^э -производительность условной продукции в т/час.

G_у -производительность (проектная или потребная) мельницы при кондиционной тонкости помола материала определённой размолоспособности, т. е в натуральной продукции в т/час.

К_м-определяется по таблице.

q_у -определяется по таблице.

1) П. П. Зозуля «Проектирование цементных заводов»

2) И. И. Холик «Справочник по производству цемента»

3) С. И. Данюшевский «Справочник по проектированию цементных заводов»

4) Н. А. Таранухин «Справочник молодого рабочего цементного завода»

Приложение

Мокрый способ производства цемента

Сухой способ производства цемента